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Dokumentenidentifikation DE102004013372A1 06.10.2005
Titel Befestigungselement, Unterlegscheibe sowie Befestigungsmittel hieraus
Anmelder Metallwarenfabrik Hermann Winker GmbH & Co. KG, 78549 Spaichingen, DE
Erfinder Winker, Alexander, Dr., 78549 Spaichingen, DE
Vertreter Winter Lewandowsky Patentanwälte, 71364 Winnenden
DE-Anmeldedatum 17.03.2004
DE-Aktenzeichen 102004013372
Offenlegungstag 06.10.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.10.2005
IPC-Hauptklasse F16B 39/26
IPC-Nebenklasse F16B 43/00   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Befestigungsmittel (10; 110) aus einem Befestigungselement (11; 111) und einer Unterlegscheibe (20; 120), wobei die Unterlegscheibe (20; 120) drehbar und unverlierbar am Befestigungselement (11; 111) gehalten ist. Gegenstand der Erfindung ist ferner ein derartiges Befestigungselement (11; 111), welches an einem Ende eine Auflagefläche (14) für eine am Befestigungselement (11; 111) drehbar und unverlierbar gehaltene Unterlegscheibe (20; 120) und an dem seiner Auflagefläche (14) zugekehrten Ende eine umlaufende Hinterschneidung (13; 113) aufweist. Gegenstand der Erfindung ist schließlich eine Unterlegscheibe (20; 120) mit einer Kontaktfläche (21) für die Auflagefläche (14) eines Befestigungselements (11; 111), wobei auf der Kontaktfläche (21) mindestens zwei sich axial erstreckende Haltelappen (23; 123) ausgebildet sind. Die Haltelappen (23; 123) greifen in die Hinterschneidung (13; 113) ein.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Befestigungselement, insbesondere Mutternkörper, welches an einem Ende eine Auflagefläche für eine am Befestigungselement drehbar und unverlierbar gehaltene Unterlegscheibe aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Unterlegscheibe mit einer Kontaktfläche für die Auflagefläche eines Befestigungselements sowie ein Befestigungsmittel, welches aus einem Befestigungselement und einer Unterlegscheibe gebildet ist.

Eine gattungsgemäße Unterlegscheibe ist aus der EP 1 091 135 A2 bekannt. Diese Unterlegscheibe weist einen Scheibenkörper mit mindestens zwei angeformten Haltekrallen auf, die um einen am Befestigungselement vorgesehenen umlaufenden Flansch umlegbar sind. Auf diese Weise wird die Unterlegscheibe am Befestigungselement unverlierbar gehalten. Das deutsche Gebrauchsmuster DE 94 00 671 U1 beschreibt eine Unterlegscheibe, die statt Haltekrallen einen um die Scheibenkörper umlaufenden Ringsteg aufweist.

Bei den bekannten Ausführungsformen von Mutternkörpern mit umlaufendem Flansch zum Halten der Unterlegscheibe ist die radiale Ausdehnung der Unterlegscheibe begrenzt. Der Außendurchmesser der Unterlegscheibe kann nicht wesentlich größer sein als der Durchmesser des umlaufenden Flansches. Andernfalls müsste zur Herstellung der Haltekrallen Einschnitte an der Unterlegscheibe vorgenommen werden, was einerseits fertigungstechnisch aufwendig ist und andererseits zur Instabilität der Unterlegscheibe führt. Außerdem ist auch die Dicke der Unterlegscheibe begrenzt. Die Scheibendicke muss noch die Biegung der Haltekrallen oder des Ringsteges um den Flansch herum zulassen.

Eine andere Möglichkeit ist das Anformen eines Haltekragens am inneren Rand der Auflagefläche des Befestigungsmittels, der nach außen gebördelt wird und so einen Absatz in der Scheibe hält. Diese Ausgestaltung ist bspw. in der DE 101 36 829 C1 beschrieben. Dabei verbleibt bei einer Sechskantmutter aber nur eine minimale, radial nach außen versetzte, d. h. asymmetrische, Auflagefläche zwischen Mutternkörper und Unterlegscheibe. Dies führt dazu, dass die Kraftübertragung zwischen Unterlegscheibe und Mutternkörper ungünstig. Außerdem besteht die Gefahr, dass sich der Bördelrand des Haltekragen am Absatz der Unterlegscheibe verklemmt. Bei einer Flanschmutter ist der Haltekragen nur mit einem großen Werkzeugaufwand herstellbar.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Befestigungselement, eine Unterlegscheibe und ein aus beiden gebildetes Befestigungsmittel bereit zu stellen, bei welchen die radiale Ausdehnung und die Dicke der Unterlegscheibe nicht mehr begrenzt sind.

Die Lösung besteht in einem Befestigungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Unterlegscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 5 sowie aus einem aus diesen beiden Teilen gebildeten Befestigungsmittel. Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass das Befestigungselement an dem seiner Auflagefläche zugekehrten Ende eine umlaufende Hinterschneidung aufweist. Diese Hinterschneidung dient zur Aufnahme von mindestens zwei sich axial erstreckenden Haltelappen, die auf der Kontaktfläche der Unterlegscheibe ausgebildet sind.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sowohl der bisher am Befestigungselement notwendige Flansch als auch der im Stand der Technik vorgeschlagene Haltekragen an der Unterlegscheibe entbehrlich sind. Damit gehen ein wesentlich geringerer Fertigungsaufwand und Materialverbrauch einher. Die Hinterschneidung im Befestigungselement ist außerdem viel leichter herstellbar als bspw. der Haltekragen an der Unterlegscheibe bzw. der Flansch an den im Stand der Technik bekannten Befestigungselementen. Die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Befestigungselements ist somit nicht mit einem erhöhten Werkzeugaufwand verbunden. Gleiches gilt für die erfindungsgemäß an der Unterlegscheibe vorgesehenen Haltelappen, die bspw. einstückig mit der Unterlegscheibe gestanzt und anschließend aus der Ebene der Unterlegscheibe heraus nach oben gebogen werden können.

Ferner ist die Auflagefläche zwischen Mutternkörper und Unterlegscheibe symmetrisch und breiter als im Stand der Technik, was eine günstigere Kraftübertragung ergibt. Insbesondere ist die Krafteinleitung verbessert, und die Andruckkraft ist gleichmäßiger verteilt.

Das erfindungsgemäße Befestigungselement erlaubt ferner die Herstellung beliebiger Varianten mit zusätzlichen Formelementen, bspw. das Anbringen von Sicherungselementen am der Auflagefläche abgewandten Ende des Befestigungselements.

Ferner sind die Dimensionen wie Dicke und Außendurchmesser der erfindungsgemäßen Unterlegscheibe beliebig wählbar und nicht mehr durch die Abmessungen des Befestigungselements eingeschränkt. Die Dicke der Unterlegscheibe kann deswegen beliebig variiert werden, weil die Dimensionierung der erfindungsgemäß vorgesehenen Haltelappen im Gegensatz zur Dimensionierung der im Stand der Technik bekannten Haltekrallen ebenfalls frei wählbar und von der Dicke der Unterlegscheibe unabhängig ist. Der Durchmesser der Unterlegscheibe kann ebenfalls beliebig variiert werden, weil die erfindungsgemäß vorgesehenen Haltelappen, anders als die im Stand der Technik bekannten Haltekrallen, nicht mehr am Außenumfang der Unterlegscheibe angeordnet sein müssen.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist dadurch gegeben, dass das Befestigungselement und die Unterlegscheibe nunmehr getrennt bearbeitet werden können, insbesondere getrennt einer Oberflächenbeschichtung unterzogen werden können. Damit wird vermieden, dass das aus Befestigungselement und Unterlegscheibe resultierende Befestigungsmittel bei der Bearbeitung Beeinträchtigungen ausgesetzt ist. Insbesondere können die einzelnen Teile beim Aufbringen einer Oberflächenbeschichtung nicht mehr verkleben, und die Beschichtung wird nicht beschädigt. Ferner sind gleichmäßigere Schichtdicken möglich.

Das erfindungsgemäße Befestigungsmittel aus einem Befestigungselement und einer Unterlegscheibe zeichnet sich dadurch aus, dass die Unterlegscheibe drehbar und unverlierbar am Befestigungselement gehalten ist. Das Befestigungsmittel kann sehr einfach dadurch hergestellt werden, dass die Unterlegscheibe in das Befestigungsmittel ohne großen maschinellen Aufwand „eingeklipst" wird. Die Haltelappen an der Unterlegscheibe werden in der im Befestigungselement vorgesehenen Hinterschneidung gehalten und sind gleichzeitig in gungselement vorgesehenen Hinterschneidung gehalten und sind gleichzeitig in der umlaufenden Hinterschneidung drehbar.

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch eine besonders einfache konstruktive Ausgestaltung aus, die mit geringem maschinellen Aufwand herstellbar ist und große Variationsmöglichkeiten hinsichtlich ihrer Abmessungen erlaubt.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die im Befestigungselement vorgesehene Hinterschneidung im Querschnitt trapezförmig ausgebildet. Diese geometrisch einfache Ausgestaltung ist mit geringem Aufwand herstellbar. In diesem Fall sind die an der Unterlegscheibe ausgebildeten Haltelappen vorzugsweise unter einem spitzen Winkel (&agr;) radial nach außen geneigt angeordnet. Derart gestaltete Haltelappen sind ebenfalls einfach herzustellen und können, wie bei einem Druckknopf, einfach und bequem in die Hinterschneidung eingedrückt oder „eingeklipst" werden. Die Haltelappen sind in der Hinterschneidung lose gehalten und daher innerhalb der umlaufenden Hinterschneidung frei drehbar.

Die Hinterschneidung kann aber auch in einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform als umlaufende hinterschnittene Nut ausgebildet sein. Dann sind die an der Unterlegscheibe ausgebildeten Haltelappen vorzugsweise lotrecht angeordnet und weisen jeweils an ihrem freien Ende einen radial nach außen gerichteten Wulst auf, welcher nach dem Eindrücken der Haltelappen in die Hinterschneidung in die umlaufende Nut eingreifen. Auch in dieser Ausgestaltung sind die Haltelappen in der umlaufenden Nut frei drehbar.

Um das Eindrücken bzw. „Einklipsen" der Haltelappen in die Hinterschneidung zu erleichtern kann zwischen der Hinterschneidung und der Auflagefläche des erfindungsgemäßen Befestigungselements eine umlaufende Fase vorgesehen sein. Aus dem gleichen Grund können die Haltelappen in radialer Richtung federelastisch ausgebildet sein und ebenfalls eine Anlauffase aufweisen.

Vorzugsweise sind drei oder vier Haltelappen auf der Unterlegscheibe vorgesehen, um einen noch besseren Halt zu gewährleisten. Die Haltelappen können auf einer Kreislinie im gleichen Winkelabstand angeordnet sein. Die Dicke der Haltelappen kann unabhängig von Dicke der Unterlegscheibe gewählt werden. Insbesondere können die Haltelappen dünner als die Unterlegscheibe sein, was insbesondere eine federelastische Ausgestaltung vereinfacht.

Hinzu kommt, dass die erfindungsgemäßen Unterlegscheibe nach Art einer Tellerfeder leicht gewölbt ausgebildet sein kann. Die Wölbung ist dann zur Auflagefläche des Befestigungselements hin gerichtet. Der Vorteil besteht darin, dass die Unterlegscheibe in jeder Phase des Befestigungsvorgangs, d. h. während des Eindrehens und Festriehens des Befestigungselements auf einem Schraubenbolzen, unabhängig von der Größe der dabei einwirkenden Kräfte immer auf der Oberfläche des anliegenden und zu befestigenden Bauteils stehen bleibt. Ferner kann bei der Herstellung der Unterlegscheibe ein rechter Winkel (90°) zwischen Haltelappen und Unterlegscheibe eingestellt werden. Wenn die Unterlegscheibe nach Art einer Tellerfeder leicht gewölbt wird, bilden die Haltelappen mit der Senkrechten einen spitzen Winkel, behalten aber zur Unterlegscheibe den rechten Winkel bei. Dies führt zu einer noch verbesserten Kraftverteilung zwischen Unterlegscheibe und Mutternkörper.

Zu Beginn des Befestigungsvorgangs sind zwei verschieden große Reibradien zu unterscheiden. Der erste, kleinere Reibradius definiert sich über den Durchmesser des Auflagebereichs des Befestigungselements auf der Unterlegscheibe. Der zweite, größere Reibradius definiert sich über den Durchmesser der wirksamen Reibfläche der Unterlegscheibe auf dem Bauteil. Da das wirksame Reibmoment proportional zum Reibradius ist, ist das Reibmoment zwischen Unterlegscheibe und Bauteil größer als das Reibmoment zwischen Befestigungselement und Unterlegscheibe. Daraus folgt, dass die Unterlegscheibe bereits zu Beginn des Befestigungsvorgangs und auch in dessen weiterem Verlauf stehen bleibt und sich nicht mit dem Befestigungselement dreht. Dieser Effekt wird dadurch verstärkt, indem die Unterlegscheibe leicht nach innen gewölbt ist, so dass sie nur mit ihrem äußerem Rand auf dem Bauteil aufliegt.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Befestigungsmittels in schematischer, nicht maßstabsgerechter Darstellung;

2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Unterlegscheibe gemäß 1 in schematischer, nicht maßstabsgerechter Darstellung;

3 die Unterlegscheibe aus 2 in einer Draufticht in schematischer, nicht maßstabsgerechter Darstellung;

4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Befestigungsmittels in schematischer, nicht maßstabsgerechter Darstellung;

5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Unterlegscheibe gemäß 4 in schematischer, nicht maßstabsgerechter Darstellung;

6 die Unterlegscheibe aus 5 in einer Draufsicht in schematischer, nicht maßstabsgerechter Darstellung.

Das in der 1 dargestellte Befestigungsmittel 10 besteht aus einem Befestigungselement 11, welches als Mutternkörper ausgebildet ist, und einer Unterlegscheibe 20. Das Befestigungselement 11 weist ein zentrisches Innengewinde 12 auf. Das Innengewinde 12 endet an einer Hinterschneidung 13, die im Querschnitt etwa trapezförmig ausgebildet ist. Die Hinterschneidung 13 ist durch eine Auflagefläche 14 begrenzt, die von der Stirnfläche des Befestigungselements 11 gebildet ist.

Die Auflagefläche 14 des Befestigungselements 11 steht in Kontakt mit einer Kontaktfläche 21, welche die Oberseite der Unterlegscheibe 20 bildet (vgl. auch 2 und 3). Die Unterlegscheibe 20 weist eine dem Durchmesser des Innengewindes 12 des Befestigungselements 11 angepasste Durchgangsöffnung 22 auf. Ferner sind auf der Kontaktfläche 21 der Unterlegscheibe 20 – im Ausführungsbeispiel vier – sich axial erstreckende Haltelappen 23 ausgebildet Die Haltelappen 23 sind unter einem spitzen Winkel &agr; radial nach außen geneigt. Der Winkel der Seitenwand 15 der Hinterschneidung 13 im Befestigungselement 11 ist dem Winkel &agr; angepasst. Die Haltelappen 23 sind im Ausführungsbeispiel dünner ausgebildet als die Dicke der Unterlegscheibe 20. Das bewirkt ein federelastisches Verhalten der Haltelappen 23 in radialer Richtung.

Die Unterlegscheibe 20 ist im Ausführungsbeispiel tellerfederartig ausgebildet, indem sie um etwa 5° gewölbt ist. Die Wölbung zeigt hierbei in Richtung der Auflagefläche 14 des Befestigungselements 11. Dadurch liegt die Unterseite 24 der Unterlegscheibe 20 zunächst nur an ihrem äußeren Rand auf dem zu befestigenden Bauteil auf.

Zum Zusammenbauen eines aus einem Befestigungselement 11 und einer Unterlegscheibe 20 bestehenden Befestigungsmittels 10 werden die Haltelappen 23 unter axialem Druck in die Hinterschneidung 13 eingedrückt oder „eingeklipst". Eine federelastische Ausgestaltung der Haltelappen 23 erleichtert hierbei das Überwinden der Kante 16 zwischen Auflagefläche 14 und Hinterschneidung 13. Eine weitere Erleichterung kann durch das Anbringen einer umlaufenden Fase 17 an der Kante 16 erreicht werden.

Die in die Hinterschneidung 13 des Befestigungselements 11 eingedrückte Unterlegscheibe 20 ist in derselben frei drehbar und unverlierbar gehalten.

Das in der 4 dargestellte Befestigungsmittel 110 ist dem bereits beschriebenen Befestigungsmittel 10 ähnlich. Gleiche Merkmale werden daher im Folgenden mit gleichen Bezugszeichen belegt.

Das Befestigungsmittel 110 besteht ebenfalls aus einem Befestigungselement 111, welches als Mutternkörper ausgebildet ist, und einer Unterlegscheibe 120. Das Befestigungselement 111 weist ein zentrisches Innengewinde 12 auf. Das Innengewinde 12 endet nunmehr in einer hinterschnittenen umlaufenden Nut 113. Die Nut 113 ist durch eine senkrecht verlaufende Nase 118 begrenzt, welche in die von der Stirnfläche des Befestigungselements 111 gebildete Auflagefläche 14 mündet.

Die Auflagefläche 14 des Befestigungselements 111 steht in Kontakt mit einer Kontaktfläche 21, welche die Oberseite der Unterlegscheibe 120 bildet (vgl. auch 5 und 6). Die Unterlegscheibe 120 weist eine dem Durchmesser des Innengewindes 12 des Befestigungselements 111 angepasste Durchgangsöffnung 22 auf. Ferner sind auf der Kontaktfläche 21 der Unterlegscheibe 120 – im Ausführungsbeispiel vier – sich axial erstreckende Haltelappen 123 ausgebildet. Die Haltelappen 123 stehen lotrecht auf der Kontaktfläche 21 der Unterlegscheibe 120. Die Haltelappen 123 sind im Ausführungsbeispiel ebenfalls dünner ausgebildet als die Dicke der Unterlegscheibe 120, was ebenso ein federelastisches Verhalten der Haltelappen 123 in radialer Richtung bewirkt. Am freien Ende jedes Haltelappens 123 ist ein radial nach außen gerichteter Wulst 125 ausgebildet.

Die Unterlegscheibe 120 ist auch in diesem Ausführungsbeispiel tellerfederartig ausgebildet, indem sie um etwa 2° bis 5° gewölbt ist. Die Wölbung zeigt hierbei in Richtung der Auflagefläche 14 des Befestigungselements 111. Dadurch liegt die Unterseite 24 der Unterlegscheibe 120 zunächst nur an ihrem äußeren Rand auf dem zu befestigenden Bauteil auf.

Zum Zusammenbauen eines aus einem Befestigungselement 111 und einer Unterlegscheibe 120 bestehenden Befestigungsmittels 110 werden die Wulste 125 der Haltelappen 123 unter axialem Druck in die umlaufende Nut 113 eingedrückt oder "eingeklipst". Eine federelastische Ausgestaltung der Haltelappen 123 erleichtert hierbei das Überwinden der Kante 16 zwischen Auflagefläche 14 und Nase 118. Eine weitere Erleichterung kann durch das Anbringen einer umlaufenden Fase 17 an der Kante 16 erreicht werden.

Die in die umlaufende Nut 113 des Befestigungselements 111 eingedrückte Unterlegscheibe 120 ist in derselben frei drehbar und unverlierbar gehalten.


Anspruch[de]
  1. Befestigungselement (11; 111), insbesondere Mutternkörper, welches an einem Ende eine Auflagefläche (14) für eine am Befestigungselement (11; 111) drehbar und unverlierbar gehaltene Unterlegscheibe (20; 120) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (11; 111) an dem seiner Auflagefläche (14) zugekehrten Ende eine umlaufende Hinterschneidung (13; 113) aufweist.
  2. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (13) im Querschnitt trapezförmig ausgebildet ist.
  3. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung als umlaufende hinterschnittene Nut (113) ausgebildet ist.
  4. Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hinterschneidung (13; 113) und der Auflagefläche (14) eine umlaufende Fase (17) vorgesehen ist.
  5. Unterlegscheibe (20; 120) mit einer Kontaktfläche (21) für die Auflagefläche (14) eines Befestigungselements (11; 111), dadurch gekennzeichnet, dass auf der Kontaktfläche (21) mindestens zwei sich axial erstreckende Haltelappen (23; 123) ausgebildet sind.
  6. Unterlegscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltelappen (23) unter einem spitzen Winkel (&agr;) radial nach außen geneigt angeordnet sind.
  7. Unterlegscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltelappen (123) lotrecht angeordnet sind und jeweils an ihrem freien Ende einen radial nach außen gerichteten Wulst (125) aufweisen.
  8. Unterlegscheibe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltelappen (23; 123) in radialer Richtung federelastisch ausgebildet sind.
  9. Unterlegscheibe nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass drei oder vier Haltelappen (23; 123) vorgesehen sind.
  10. Unterlegscheibe nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Haltelappen (23; 123) geringer ist als die Dicke der Unterlegscheibe (20; 120).
  11. Unterlegscheibe nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die der Hinterschneidung (13; 113) zugekehrten Kanten der Haltelappen (23; 123) jeweils mit einer Anlauffase (19) versehen sind.
  12. Unterlegscheibe nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einer tellerfederartigen Ausbildung leicht gewölbt ist.
  13. Befestigungsmittel (10; 110), insbesondere Scheibenmutter, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem Befestigungselement (11; 111) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und einer Unterlegscheibe (20; 120) nach einem der Ansprüche 5 bis 12 gebildet ist, wobei die Unterlegscheibe (20; 120) drehbar und unverlierbar am Befestigungselement (11; 111) gehalten ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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